近日，我院周旭副研究员在光学领域的重要国际期刊《Optics Letters》发表关于石墨烯光子晶体光纤偏振器的论文《Broadband and tunable fiber polarizer based on a graphene photonic crystal fiber》。

二维石墨烯的许多新颖物性使其在光电领域的应用极为广泛。将石墨烯与各种波导结合以增强光与石墨烯的相互作用是近年来研究火热的方向。光子晶体光纤由于具有灵活可设计的多孔结构、无截止单模传输与大模场传播面积等特性，是与石墨烯结合的理想光波导结构。

2019年，周旭老师与其合作者，首次通过化学气相沉积法准备出了石墨烯光子晶体光纤，极大增强了光与石墨烯的相互作用，开创了新的二维材料与光纤的研究方向。在此基础上，陆续有研究者提出了基于石墨烯与光子晶体光纤结合的各类器件。近来，石墨烯光纤偏振器的研究成为光电领域的关注焦点。在过去的几年里，许多学者聚焦于侧剖光纤结构，以实现石墨烯光纤的偏振效果。然而，这一方法却带来了一个显著的问题，也就是破坏了光纤的基本结构。不可否认，侧剖光纤在石墨烯偏振器研究中起到了推动的作用，但其结构破坏的局限性也变得愈发明显。为了克服这一挑战，学术界开始寻找更为可行的解决方案。在这个背景下，基于光子晶体光纤的石墨烯偏振器成为了备受期待的研究方向。与侧剖光纤不同的是，这种新颖的结构不仅不会破坏光纤的基本结构，而且能够保持光子晶体的独特特性。

本工作中，我们提出了一种基于石墨烯-光子晶体光纤(GR-PCF)的光纤偏振器，它具有高双折射~2.5×10^-3，高倍率~111 dB/mm，宽偏振窗口>400 nm，可调谐偏振态。在该方案中，将PCF的第一内环对称分布的两个圆形空气孔替换为正方形空气孔（图一）。这种设计以一种非常有效和直观的方式产生了高双折射效应，使相互垂直的两个偏振模完全衰减。另外，石墨烯或石墨烯/六方氮化硼/石墨烯（Gr/hBN/Gr）异质结被连接到两个方形空气孔的表面上，引起任一偏振模式的显著衰减。PCF的无限单模特性和石墨烯的宽带光学响应特性相结合，使光纤偏振器在单模传输特性的同时，具有宽光谱范围。此外，在Gr-PCF与Gr/hBN的吸光度或费米能级调谐/Gr异质结允许将输出光从线性偏振态切换到圆偏振态。该研究结果将为混合光纤偏振器和全光纤器件的发展铺平道路。

我院周旭副研究员为通信作者，华南师范大学为第一署名单位，我院研究生甘家杰、邓庆颜为论文共同一作。周旭副研究员是我院2020年引进青年拔尖人才，主要从事低维材料的光谱物理与器件研究，以及低维材料复合光纤与器件研究。共计发表SCI文章30篇，申请发明类专利6项，其中以第一作者/共同第一作者身份发表的文章包括Nature Photonics、JACS、Advanced Materials、Advanced Functional Materials、ACS Nano、Nanoscale、APL、AIP Advanced等，曾获得“第3批博士后创新人才支持计划（国家博新计划）”、“第66批中国博士后科学基金面上资助（一等）”、“国家自然科学基金青年基金”“国家自然科学面上基金”等基金资助。该研究得到了国家自然科学基金等经费支持。

论文链接：https://url.scnu.edu.cn/record/view/index.html?key=47bc6ed547661ecb267cf6acb168530a

图一 石墨烯光子晶体光纤偏振器示意图

图二 论文信息